（系统工程专业论文）灯控平交路口双相和多相混合车流相互干扰研究.pdf

：! 互窒丝：堂! ! 兰兰垡堡茎 塑堡兰銮堕里! 翌塑翌童塑! 堡鱼兰堕塑三三垫! ! ! 量 内容摘要 水文足在参加城市交通科研项目的基础上，对城市灯控平交路口混合机 动车流相互干扰进行的初步研究。选取北京市典型的官园多相平交路口和南礼 士路双相平交路口作为研究对象，通过对车辆组成修正系数、左转弯和右转弯 机动车混入等系数的修正以及自行车道通行能力模型的应用，并综合运用交通 工程学相关理论以及排队论的数学模型，来描述、研究和比较多相平交路1 ：3 和 戏相平交路口的交通现实和效率，从而得到应该在有条件的平交路口采用多相 信号j = - j 控m i 方式的结沦。本文根据这一结论以及北京市城市交通的实际生活提 “了针对平交鼢 1 本身币相关因素的两类解决城市交通问题的政策与建议。 、7 关键词：平交蝾口、踮目、多箱、干扰、灯轻 a b s t r a c t b a s e do np a r t i c i p a t i n gi nc i t yt r a f f i cr e s e a r c hp r o j e c t ，t h i sa r t i c l ei si n t e n d e dt o m a k ea 1 ) r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nm u t u a 】d i s t u r b a n t eo fb l e n dv e h i c l ef l o w sj nc i t y s i g n a l c o n t r o l l i n gf l a ti n t e r s e c t i o n s t h er e s e a r c hc h o s eg u a n y u a nm u l t i 。p h a s e sf i a t i n t e r s e c t i o na n dn a n l i s h i l ub i p h a s e sf l a ti n t e r s e c t i o na st h eo b j e c t st od e s c r i b e i n v e s t i g a t ea n dc o m p a r et h et r a f f i cr e a l i t ya n de f f i c i e n c yo fm u l t i - p h a s e sa n db i p h a s e s f l a ti n t e r s e c t i o n s b ym o d i f y i n g c o r r e c t i o n a lc o e m c i e n to fv e h i c l e c o m p o s i t i o n ，c o r r e c t i o n a lc o e f f i c i e n to fi n t e r l a c i n gb e t w e e nl e f tt u r na n dr i g h tt u r n v e h i c l e s ，a n dc o r r e c t i o n ，a p p l y i n go ft r a f f i ct h r o u g h p u to fb i c y c l ea n de x e r t i n go f c o n c e r n e dt r a f f i c e n g i n e e r i n gt h e o r i e sa n dt h e o r yo fq u e u e t h a tm u l t i 、p h a s e sf l a t i n t e r s e c t i o nj sb e t t e rt h a n b i p h a s e sf l a t i n t e r s e c t i o ni st h ef i n a lc o n c l u s i o no ft h i s r e s e a r c ha tt h ee n do ft h i sa r t i c l e ，1p r e s e n tt w ok i n d so f p o l i c i e sa n ds u g g e s t i o n s c o l q o e l n i n gf l a tj n t e r s e c t i o n sa n do t h e r r e l a t i v ef a c t o r s k e y w o r d ：f l a t i n t e r s e c t i o n s 、b i p h a s e s 、m u l t i p h a s e s 、d i s t u r b a n c e 、 s i g n a l c o n t r o l l i n g ：坐! 窒塑：堂里三：兰生丝兰 堑垄兰窒堕旦j 至堕堑堕塑旦_ ! 垦鱼兰堕塑呈王些! ! 生 第一章绪 论 第一节论文选题的背景及意义 一、论文选题的背景 目前，我国大城市道路交通9 0 以上为平交路e 1 ，繁忙地段大多采用信 号控制形式。因此，如何管理、控制信号交叉路口通行能力十分重要。本文式 在参加导师王莉教授主持的北京市科学技术委员会项目“北京市混合交通流 干扰研究”的部分实测、分析、测算以及建模基础上撰写而成的。本文是该 研究项目的一部分，主要是以北京市官园平交路口和南礼士路平交路口为研究 对像，在进行当中所涉及的问题主要是数据的测量和模型的选取，其中官园半 平交交叉口侧重对排队长度的研究，南礼士路平交路口侧重对通行能力修正参 数的研究。 二、论文的意义 本文综合运用交通工程、系统工程、计算机科学以及概率统计等多门学 科的理论与方法，系统地分析了影响信号灯控制的平交路口通行能力的诸多主 要因素结合国内外对平交路口通行能力研究的成果以及北京市的交通现状， 对信号灯控制平交路口的通行能力计算模型中的系数进行了修正。通过大量的 数据处理，建立起北京市典型双相和多相信号灯控制平交路口的通行能力、排 队长度以及延误时间模型，为城市交通规划部门、交通管理部门提供参考以及， 并为城市交通决策部门提出关于如何提高平交路口交通效率的几点建议。 ! ! 塑奎垫! ：堂竺主兰堡笙茎 ! ! 笙兰奎堕旦翌塑塑兰塑三塑叁兰塑鲨堑翌蔓! ! ! 生 第二节论文研究的对象和研究目标 一、论文研究对象 1 链着我国国民经济的不断发展，我国城镇的城市化水平快速提高，其中 特夫城i i 的发展速度更是超过了国民经济的发展速度。经济的发展既带动了城 i 0 发腱又给城市带来了各种压力，其中交通供给的增加落后于城市发展速度 已经越来越成为城市发展的瓶颈。在解决交通供给瓶颈发展城市交通过程中， 城市规划音f 5 门往往采用立体交叉i z l 作为新建道路交叉口，或改造有条件的原平 而交叉口。但是，在有些老城区或者商业发达地区，由于地面资源的有限，平 嘲交叉口仍然是解决城市混合车流交叉问题的唯一方案。但是，平交路1 3 的灯 控方式已经从原来的双相方式发展为多相方式。为了研究双相和多相平交路i z l 仡城i t 合年流交通- p 的作用，本文特选取了北京市灯控平交路口作为研究对 缀， 第一、北京是中华人民共和国的首都，是全国政治中心和文化中心是具 有雄厚经济实力的综合生的特大城市，是世界著名的古都，并将成为全方位对 外- 7 ：放n 0 现代化国际城市。党中央、国务院己明确指出，要“将北京建设成 为经济繁荣、社会安定和各项公共服务设施、基础设施及生态环境达到世界第 一流水平的历史文化名城和现代化国际城市”。从某种意义上讲，城市交通基 础设施及城市交通面貌展示一个城市的文明程度。北京又作为中华人民共和国 的首都，是向全世界展现改革开放的辉煌成果的重要窗口，所以对北京市混合 交通的研究具有更重大的意义。 笫一、道路交叉口是道路网的重要组成部分，可以说是咽喉地区，道路 通过印流量的多少，一般的情况下不是取决于区间段，而是取决干道路交叉口 n 0 布簧。道路交叉口的布置可以分为两大类：一类是立体交叉，另一类是平面 交叉。：f l 京道路网规划，主干道与主干道相交以及规划中的快速路系统的交叉 川均采川立体交叉，次干道和支路等般的道路相交采取平面交叉，因此平交 路内数显人大超过立体交叉路口的数量。据统计，北京市平交路口数量为 12 0 0 多个，并且随着城市的发展还会不断增加。所以本论文选择平面交叉e l ：生! 笙堕! ：兰竺主堂生笙兰 ! ! 篓! 窒堕旦! 翌塑塑墨塑上望鱼兰塑篓堕! 兰i ! ! 塑一 作为研，e 对象较具有普遍性。同时由于平面交叉口是道路交通的枢纽，混合交 通j j 题在平交路口表现得最为突出。具体表现在交叉路口上的交通延误及交叉 路口上的交通事故两个方面。驾驶员在交叉口处必须选择自己的行车路线，从 而不可避免地与其他车辆交织或冲突，因而平交路口往往是交通事故的高发 点。而发生交通事故必然会造成交通臃堵，降低平交路口的通行能力。随着交 叉口交通信号控制的自动化、交通民警相应减少以及车辆通过交叉路口时车速 的提高等等，发生在交叉路口的交通事故比例相对增加。所以选择平交路口作 z 本论文i l g f 究对象具有特别的必要性。 由于：f l 京市受信号管制的平交路口数量多，对所有交叉路口进行实地交 通调查的j 。作量极大，而且调查所有平交路口在经济上也是不可行的。鉴于以 一原因和条件，本文只选取典型平交路口作为分析研究的对象，其中北京市官 园交叉 1 是典型的多相平交路口，南礼士路交叉口是典型的双相平交路口。 二、论文研究目标 本文升究目标主要由以下两个目标组成 1 、建立典型平交路口不同时段的交通量和通行能力模型，反映典型平交 路口的交通状况。 法。 2 、建立典型平交路口不同时段的排队状况模型，寻找减少排队等待的方 三、国内外研究情况 目前，国际上如美国、日本等国，对于具有信号灯交叉口的通一x j - “日t p 力以 饱和交通量的基本值( 理论通行能力) 的概念为基础。它是在对于进i z l 车道的 理论通行能力由进口车道道路因素，交通因素，环境因素等影响进行修正后得 到交叉口的完全通行能力。在我国此方法较符合城市混合交通的实际情况，得 到了专家的共识，但对饱和交通量基本值的影响因素及其修正系数等问题上， 研究的尚少。本文针对上述因素和系数进行了初步研究和确定。 4 ：! ! 皇竺些查兰堡主堂丝丝苎 ! ! 丝兰奎堕旦塑塑羔堕型翌上旦垒兰堕塑里三型i ! ! 坠 第二章平交路口混合车流相互干扰理论研究 水章就平交路口的通行能力概念、国内外对通行能力研究的理论模型及 馍型c h 关参数的确定进行阐述和分析。 第一节平交路口混合车流相互干扰研究的内容 一、平交路口混合车流相互干扰研究的基本概念和内容 平交路口o ，也就是平面交叉路口，是多种交通流在同一平面交叉汇集的 地方。平交路口应该包括多大的范围，现在一般由两种见解：小路口和大路口。 以平面十字交叉口为例，小路口所指的路口是由四条停车线所包围的那部分面 积：大路口所指的路口是从引道上车辆开始减速，准备排队之处算起，直到对 面出口上车速恢复正常之处为止。根据这两种意见，本文所用的平交路口概念 采用“大路口”使用的概念。 本文所指平交路口是采用信号灯控制的平交路口。灯控平交路口的通行 能力最基本的概念是饱和交通量。 饱和交通量是指观测受红灯阻止的交通流，在变绿灯后开始流动时，等 待车队前头的2 - 3 辆以后车辆，均以一定的车头时间间隔通过，在这样的平交 路口的进口道处，等待车队以定的比率通过的交通流量；也可以表达为“在 绿灯时，等待车队连续存在，此时可能通过平交路口的进口道的最大流量”， 其单位是“辆有效绿灯小时”。 平面交叉口，因为是二个以上相互交叉的交通流利用同一平面行驶；所 郭学书编著交通优化工程18 8 页，中国物资出版社，1 9 9 5 年 。杨眷华译，平面交叉路口规划与设计， 日】交通工程研究会编 i ! 查銮些查堂婴圭堂焦笙苎 ! ! 丝! 銮堕里! 翌塑塑墨塑土塑竺兰塑堕里至立垫! ! 墨_ 以作为反应平面交叉口“疏导交通能力”的通行能力，不可能象一般道区间 ( 路段) 那样，简单求出通过道路上一个断面的最大交通量，作为通行能力。 平交路口疏导交通的能力，不仅受平面交叉口的形状、进口道的车道宽 度等几何构造或物理条件影响，而且还受各种交通流怎样行驶的交通运行方式 的影响。因此，计算平交路口的通行能力时，必须先设定交通运行方式。 平交路口的通行能力，一般就成为采用信号管制的路口疏导交通能力的 川迦。然而此种情况下疏导交通的能力，是在平交路口进口道，当交通量非常 多的情况下，以能够通过的最大交通量作为要求的饱和交通量。 过去，有时将此饱和交通量称为“平面交叉口通行能力”，它相当于平交 路口进口道的通行能力，但不能表示平交路口( 整个平面交叉口) 的通行能力。 所以，饱和交通量和平交路口的通行能力有严格区别。 平交路口( 整个交叉路口) 的通行能力如下叙述：当一条以上进口道达 到通行能力时，即处于饱和状态时，求出的通过平交路口的交通量总和。但一 般对平交路口通行能力不能简单定义，各国有不同的概念。根据联合国经济合 作和发展组织( o e c d ) 的研究组关于平交路口通行能力报告书如下论述： 平交路口全体的通行能力，可分为“简单通行能力” s i m p l ec a p a c i t y 和 “完全通行能力” f u l lc a p a c i t y 两种。“简单通行能力” s i m p l ec a p a c i t y 是指一条以上的进口道完全饱和时，通过平交路口的交通量总和。“完全通行 能力” f u l lc a p a c i t y 是指平交路口全部进口道的交通量都饱和时，通过平交 路口的交通量总和。、d 交通流进入平交路口后，产生分流点、冲突点、合流点三个特征点，这 三个特征点的数量不仅与有无信号灯控制有关，而且与相交道路的条数有关， 还与进口道机动车车道数有关，对干信号控制的十字平交路口，这三个特征点 的数量只与进口道机动车车道数( 即进口机动车的队列数) 及交通方式有关。 i 杨眷华译，平面交叉路口规划与设计，【日】交通工程研究会编 ：1 1 立! 望! ：堂婴主堂堡垒奎 堑笙! 窒堕望! 翌塑塑垩塑! 堡鱼兰堕塑至王垫! ! ! l 这三个特 i e 点的存在影响着交叉路口的通行能力，其中冲突点的多少对交叉路 口的通行能力影响最大。而产生冲突点的主要原因是左转弯车辆。所以在转车 辄z 乏直行车辆的队列数是关系到交通流冲突点多少的主要因素。 对r 混合交通流，由于进r l 非机动车的存在，同时由于自行车在交叉路 日不受禁l l 二左转等交通组织的限制，交通流的三个特征点的数量明显增多，其 ，1 i 增k 2 多的是冲突点的数量。所以混合交通流在平交路e l 处最突出特性是互 扰，f ! j 一。主要体现在非机动车交通对机动车交通的干扰以及左转机动车对直行机 动车i i l ；l 二扰两方面。非机动车对机动车的干扰又主要包括左转非机动车对直行 机动v l z 1 1 直行非机动车对同向直行机动车的影响。根据交通流在平交路口处的 交迎恃征理论可知：非机动车对机动车的干扰程度不仅与进口自行车的交通 葑；j 、办转自行车的交通量、机动车及左转机动车交通量有关，而且与进口单向 机动z l z 4 - 道数、左转自行车的队列数有关。 综上所述，对于本文研究的灯控平交路口，采用平交路口的通行能力、 州，队k 度和等待时间作为描述平交路口混合交通流状况的主要指标。 二、灯控平交路口的交通信号控制 在道路上用来传送具有法定意义指挥交通流通行或停止的光、声、手势 等，都是交通信号。 道路上常用的交通信号有灯光信号和手势信号。灯光信号通过交通信号 灯的灯色来指挥交通：手势信号则由交通管理人员通过法定的手臂动作姿势或 指挥棒的指向来指挥交通。手势信号现在仅在交通信号灯出现故障时或在无交 通信号灯的地方使用。 交通信号是在空间上无法实现分离原则的地方，主要是在平面交叉口上， 朋来在时问上给交通流分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯用轮流显 杨佩昆张村升编交通管理与控制人民交通出版社 i ! ! 兰些! ：兰竺! 主兰焦丝兰 堑篓! 銮堕旦! 翌塑塑圭塑! 羔堑羔璺塞塑三二塑! ! ! l 示不同的灯色来指挥交通的通行或停止。 交通信号灯及其控制技术随交通的发展而发展。初期的信号灯仅红、绿 两色，绿灯表示允许通行，红灯表示不准通行，十分简单。用在交叉口上，由 人工操作，那条路上先来车就给亮绿灯，指挥来车通过；同时给相交的横向道 路亮红灯，指挥该路上的来车暂停，等候绿灯通行，以维持车辆通过交叉口的 秩序。 到1 9 1 8 年，在美国纽约街头出现了红、黄、绿三色信号灯，后来这种信 号灯被普遍采用。随着交通的发展，在交叉口上，各方向的车一车冲突、车一人 冲突尴泶越复杂，对车流、人流需要更为严密的时间分离。为适应这种发展的 要求，信号配时技术的研究不断进步，相继出现了各种时间分离的方法；同时， 电子技术的发展电设计出了适应需要的信号控制机与交通检测器，相应地就产 生了符合多种时间分离方法的多样化的现代信号灯。 现代信号灯，除原来红、黄、绿三包基本信号灯之外，又增加了以下两 种信号灯：( 1 ) 箭头信号灯。箭头信号灯是在灯头上加一个指示方向的箭头， 可有左、直、有三个方向。它是专为分离各种不同方向交通流，并对其提供专 用通行时间的信号灯。这种信号，当然只在设有专用转弯车道的交叉口上使用 才能有效。在一组灯具上，具备左、直、右二个箭头信号灯时，就可取代普通 的绿色信号灯。 ( 2 ) 闪烁灯。普通红、黄、绿或绿色箭头灯，在启亮时，按一定的频率 闪烁以补充其他灯色所不能表达的交通指挥意义。 我国有些城市，安装了一种阳有随灯色显示时间倒计时间显示的一种信 号灯， 以告听驾驶员，正在显示的灯色所余留的时间，随时掌握自己的驾车 动作。今年北京的主要平交路口处也已经采用了这种灯控技术。 2 、信号灯的含义 随着信号灯种类的发展，各国使用这些信号灯的方法差别也越来越大 i ! 查銮塑查堂堡主兰堡堡奎 塑垄! 銮堕旦! 翌塑塑墨塑! 塑鱼兰堕塑里士垫! ! ! l 各自给各种信号灯赋予不同的含义，使国际间的交通往来发生很多混乱，特别 是在欧洲，这种情况较严重。在各方呼吁下，1 9 6 8 年，联合国综合各国对交 通信号灯含义的规定，曾讨论颁发达道路交通标志和交通信号协定，对各 种信号的含义，做过一个基本统一的规定。1 9 7 4 年，欧洲各国交通部长联席 会议又仂c 义商订了欧洲道路交通标志和信号协定，会议有欧洲十八个国家 参加i ，美国、加拿大、澳大利亚、日本派观察员参加。会议要求各国在协议生 效后十年内，逐步统一使用信号规定。 瞅洲道路交通标志和信号协定对信号灯含义的规定的摘要如下：非 i 列灯。( 】) 绿灯，表示车辆可以通行，在平面交叉口，面对绿灯的车辆可以直 行、左转或右转，左右转弯车辆必须让合法通行的其他车辆和人行横道线内的 行人先行。但是如果在该绿灯所允许通行的方向上，交通非常拥挤，以至进入 路口的车辆，在灯色改变之后，还是通不过时，即使亮绿灯，车辆也不得通行。 ( 2 ) 红灯，表示不许车辆通行，面对红灯的车辆不能超过停车线。( 3 ) 黄灯， 表示即将亮红灯，车辆应该停止。除非黄灯刚亮时，已经接近停车线、无法安 全制动的车辆，可以开出停车线。 闪灯。( 】) 红灯闪，警告车辆不准通行。( 2 ) 黄灯闪或两个黄灯交替闪亮 表示车辆可以通行，但必须特别小心。 箭头灯。( 1 ) 绿色箭头灯表示车辆只允许沿箭头所指的方向通行。( 2 ) 红色或黄色箭头灯表示仅对箭头所指的方向起红灯或黄灯的作用。 专用于自行车的信号灯。应在信号灯上加有自行车的图案。 我国对信号灯含义的规定。我国条例对信号灯的含义做了详细的规 定，基本上与国际规定一致。条例中有一条规定：右转弯车辆和t 形交叉 i 右边无人行横道的直行车辆，遇黄灯或红灯时，在不妨碍被放行的车辆和行 人通行n 0 情况下，可以通行。这条规定，当然只在不用箭头灯时才适用。 本文的研究对象之，官园平交路口就是采用箭头灯信号控制方式的平 交路口，其箭头们的用法和国际规定基本一致。 ：! ! 竺塑查兰堕圭堂堡堡兰 ! ! 丝! 奎堕旦! 翌塑塑垩塑! 堡鱼兰堕塑至! 型! ! ! l 3 、各式信号灯的次序安排 各种信号灯的装置次序也该有统一的规定，便于驾驶员分辨。次序安排 的原则是重要的灯色放在重要的位黄。信号灯的次序安排分竖式和横式两种。 竖式。( 1 ) 普通信号灯的次序，国际规定，自上而下为红、黄、绿灯。( 2 ) 带有箭头灯时，安排次序如下：单排式自上而下，一般为红、黄、绿、 直行箭头、左转箭头、右转箭头灯，中间可省掉不必要的箭头灯。当同时装有 直、左、右- 4 、箭头灯时，可省掉普通绿灯。双排式一一一般在普通信号灯 帆9 1 | j 加装左转箭头灯，或左转和右转箭头灯，或左、直、右三个箭头灯。 横式。( 1 ) 普通信号灯的次序，国际规定，自外向里为红、黄、绿灯。( 2 ) 带有箭头灯叫，安排次序如下：单排式自外向里，一般为红、黄、左箭 头、右箭头灯：或红、黄、绿、右箭头灯。双排式一般在普通灯下，自 外向里，为左箭头灯、直箭头灯和右箭头灯，中间可以省略不必要的箭头灯。 横排时，左、右箭头灯所处位置，原则上同左、右车道的位置一致。 4 、定时信号配时方案 点控制定时信号配时的基本内容包括两部分：确定信号相位方案和信号 基水控制参数。 ( 1 ) 信号相位方案 确定信号相位方案，是对信号轮流给某些方向的车辆或行人分配通行权 顺序的确定。即相位方案是在一个信号周期内，安排了若干种控际状态( 每一 种控制状态列某些方向的车辆或行人配给通行权) ，并合理地安排了这些控制 状态的显示次序。信号控制机按设定的相位方案，轮流开放不同的信号显示， 轮流对各向车辆和行人给予通行权。把每一种控制状态，即对各进e l 道不同方 向所显示的不同灯色的组合，称为个信号相位。 ：! 立! 望查兰堡! 圭堂丝丝奎 ! ! 垄兰奎堕旦! 翌塑塑墨塑! 堡鱼兰堕塑至! 翌! ! ! l 信号配时方案一般用信号配时图表达。图2 - 1 所示是一种最基本的两相位 信号的配时圈。 一盎第一相位 南北路 第二相位 1 周哆蕴 绿 黄 i l 1 第一相位 1 第二相位 图2 1 两相位信号配时图 东西路 图中第一相位，对不同方向显示的灯色组合是：东西向道路放绿灯，南 北向道路放红灯。控制状态是给东西向车辆以通行权，南北向车辆不准通行。 第二相位改东西向道路放红灯，南北向道路放绿灯，即给南北向车辆以通行权。 ( 2 ) 信号基本控制参数 点控制定时信号基本控制参数有以下两个 周期时长。周期时长是信号灯各种灯色轮流显示一次所需的时间，即各 种灯色显示寸问之总和；或是从某主要相位的绿灯启亮开始到下次该绿灯再次 启亮之间的一段时间。一般用c 表示，单位为秒( s ) 。周期时长是决定点控 制定时信号交通效益的关键控制参数，所以是信号配时设计的主要对象。 i ! 查銮丝查堂堡主堂堡丝苎 ! ! 丝! 奎堕旦望型望里型生尘墅兰墨堕塑皇三垫! ! 墅 绿信比。绿信比是一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比，一般 用1 7 表示。 凡：垒( 2 1 1 ) ，厂 式中：凡绿信比： r 周期时长( s ) ： r 厂有效绿灯时长( ) 。 三、平交路口的车辆交通组织 平交路口的交通组织设计的基本任务，就是要保证相交道路上的车流和 行人的交通安全，荠提高交叉口的通行能力。其设计方法归纳起来，就是正确 组织不同去向的车流，设置必需的车道数，合理布置交通岛、交通信号灯及地 面各种交通标志等，使车辆在交叉口能接渠化交通的原则组织起来，顺序通过 交叉口。 平交路口的通行能力小、车速低、行车安全差，其主要原因是因为存在 各种类型的车流交错点，其中以冲突点的影响和危险性最大，而冲突点的产生 是来源于左转及直行车辆，其中又以左转车辆所产生的冲突点为最多。 平交路口车辆交通组织的最主要方法就是设置专用车道。组织不同本种 和不同行驶方向的左转、直行和右转车辆在各自的车道上各就各位，分道行驶。 根据车行道的宽度和左、直、右行车辆的不同组成，可作不同组合的车道划分。 例如，如果左、直、右车辆组成均匀并都有一定数量，可各设一条专用车道； 列j 二j ：机动车交通，可划分快、慢车分道线或设分隔带( 墩) 组织分流行驶； 为了节省用地，特别是当车行道宽度不足时，左转车道可向路中心线稍左偏移 布置：对向的车道为反对称布置。本文研究对象之一的官园路口采用的车辆交 通组织方式就是设置左转、直行和右转专用车道。 ：i ! ! ：! 些! ：兰竺! ：兰生堡茎 堑笙兰奎堕旦! 翌塑! 圭塑土塑童兰堕塑三王丛! ! j l 四、平交路口的理论通行能力的基本研究 道路的通行能力。是指在一定的道路、交通状态和环境下，单位时间内一 条车行道或道路的某一断面上能通过的最大车辆数或行人数量( 辆h ，人 1 ) 。 ! r 面交叉口的通行能力则是指通过此交叉口所有相交车流( 或人流) 的最大交 通量。通行能力分析的主要目的是估算己知设施在规定的运行质量条件下所能 适应的最大交通量。交叉口的通行能力与交叉口面积、几何形状、进口车道数、 交通组织和管理方式有密切关系，通常按管理控制方式分为：信号管制交叉口、 无信号管制而采用暂时停车让行方式交叉口以及自行调节运行的环形交叉口。 ( ) 灯控平交路 1 f 昆合交通的特点 机功尔与非机动车的混合交通在平交路口不仅表现出与路段上的类似的 非机动j 二对机动车的纵向干扰，而且由于在路口内没有明显的机动车与非机动 车道的标志，机动车与非机动车完全享用时空的一致性，形成了明显的交通特 征：左转机动车对对向直行机动车的横向干扰、左转自行车对直行机动车的横 向干扰以及直行、左转自行车对右转机动车的干扰。由于这些干扰的客观存在， 导致交叉路口的通行能力受到影响，所以在计算交叉路口的通行能力时，必须 考虑到交叉路口的这三个交通特点。 ( 二) 当前国内外计算灯控平交路口通行能力的方法 当交叉口采用自动信号灯管理交通时，交叉口的通行能力，决定于红、 绿灯信号周期以及每一个周期内开放绿灯时所能通过的车辆数。 交叉口通行能力的计算方法很多，根据不同的计算原理，大致可概括为 三大类型：一是按车辆通过停车线断面的分析方法计算；二是按车辆通过冲突 点的分析方法计算。三是按理论通行能力折减方法计算。 、停车线断面分析法 i 忤灸道路交叉设计湖南科学技术出版社 ! 塑! 翌! ：堂婴主兰篁堡兰 ! ! 丝! 銮堕望! 翌塑塑墨苎旦塑堕! 翌堕里墅i ! ! 生 停7 f 线断面的分析法的基本出发点是：以交叉口的停车线作为基准断面， 儿是通过了停车线断面的车辆进入路口之后可以不受阻滞地驶离路口，即认为 j 辆己“通过，了交叉口，据此来计算停车线断面上不同行驶方向车道上的 一小州最大通过量，即该车道的通行能力。交叉1 2 总的通行能力就是各个停车 线断两单位时间允许通过量的总和。国内外通常都是按这种“停车线法”计 赞平交路口的通行能力。 然而，“停车线法”首先显然存在一个理想化的前提，也就是，本方法假 设凡是通过了停车线断面的车辆，即认为己通过了交叉e l 。通过停车线断面的 车辆既不可能在交叉口内再次由于其它因索受阻，也不可能成为阻碍其它车辆 通午的因素。但是，这两种可能性在客观上是存在的。其次，“停车线法”没 有考虑左转机动车和对向直行车交通量较大，以致不可能依靠“穿挡”这 种通过方式，而需为左转车配置专用绿灯时间才不会产生交通阻塞。实际上， 我国一些大城市的平交路e ：i 的双相位设计己根本无法满足实际交通量的需求。 特别是在高峰小时交通量特别大时，车辆踝弛较紧，出现空挡的机会较少、运 行速度较低、通过交叉e l 的时间较长的情况。这就会产生在一个绿灯周期内， 有车辆通过了交叉路口的停车线而未驶离交叉口的问题。所以通过本方法计算 出来的交叉口通, l 亍i l 力偏大。第三，我国各城市现主要采用人工操作的信号灯， 它的周期和色灯开放时间，完全由交通民警根据交叉口来往车辆的具体情况灵 活掌握的。因此，每个周期和开放红、绿灯的时间不是固定不变的。只有在确 知信号灯的开放周期及其色灯时间的平均值后，方可应用该方法粗略估算其通 行能力。最后，本方法只将通过交叉口停车线的机动车的交通量作为交叉路口 的通j ：能力而忽略了自行车的交通量。在北京市道路交通中，自行车交通在混 合交通q ，所占比例很大，单纯应用这种计算方法计算北京市平交路口的通行能 力是不太适合的。 2 、冲突点分析法 在交通繁忙的交叉口上，为了减少或消除冲突点，就必须设置交通指挥 信号。以典型的十字形交叉口为例，无论采用人工操作或定周期自控的信号灯， 可以发现，对于放行方向的直行和左转车辆，在通过交叉口时都必须驶过冲突 点。冲突点是交叉e l 上所有直行和左转车辆必经的地方。因此，可以选取冲突 韭生竺些查兰婴兰堂生笙兰 ! ! 笙! 奎堕里! 翌塑翌童塑土望童兰堕望兰三垫! ! 窒_ 电作为计算通行能力的基准点，从中分析、计算直行和左转车辆在每个时间周 期内所能通过的最大车速，即得一个冲突点的直行和左转车辆的通行能力。最 后，把所有冲突点的通行能力和各路口右转车道的通行能力累加起来，然后荐 乘以一个小时的周期数，即得交叉口的总的通行能力。这种方法的基本特点是 以模拟交叉口车流运动实际状态为基础，着眼于解决左转机动车与对向直行机 动车的潜在冲突可，以它们的潜在冲突点作为核算车辆通过量的基准断面。按 照这种思想，车辆在进入交叉口前后的全过程中可能受到的阻滞均得到充分的 考虑。 但足，这种方法的首要不足是没有考虑到非机动车进入平交路口后，改 变r 平交路口内的交通状况，平交路口中的交通特征点增多，尤其是冲突点数 量i 】j j 显增多。而该方法只计算经过左转机动车与对向直行机动车所产生的冲突 点的机动车车辆数，与各路口右转车道的通行能力累加再乘以一个小时的周期 数得到平交路口总的通行能力。显然，忽略了自行车的交通量，故通过此方法 得出的平交路口通行能力偏小。 最关键的是，这种方法的假设前提是左转车流与直行车流的冲突点是平 交蹄口的闽有属性，排除了条件允许情况下，左转车流与直行车流相分离的可 能性。但是，这种可能性已经随着社会经济和人类认识的发展成为现实，而且， 消除平交路口的冲突点已经成为人类社会治理和发展城市交通的首要任务。虽 然，冲突点分析法的存在仍然有其合理性，但它不适用于本文研究的城市平交 路口交通状况的客观性也是显然的。 3 、理论通行能力折减法 在美国和日本，对于灯控平交路口的通行能力是以饱和交通量基本值， 即理论通行能力的概念为基础。这种方法是在对进口车道的理论通行能力因由 道路因素、交通因素、环境因素的影响进行修正后得到交叉路口各进口的饱和 交通量，然后各进口的饱和交通星相加再得到交叉路口的完全通行能力。在我 国，此方法较符合我国城市混合交通的实际情况，其合理性得到了专家的共识， 但对饱和交通量基本的影响因素及其修正系数问题的研究仍需进一步深入。 理论通行能力折减法应用的基本模式就是首先要建立理想饱和交通量模 ! ! 塑窒些查堂竺圭兰垡丝奎 塑丝羔銮堕旦! 翌塑塑玺塑! 堡堂兰堕塑皇王垫竺窒 型，然后经过物理条件、交通条件和信号条件等因素的修正，再建立实际饱和 交通量模型，晟后得出平交路口的通行能力分析模型。 饱和交通量的基本值是在道路和交通条件比较理想的情况下，一条车道 可以通过的最大车辆数，即在道路平坦、车道畅通、无行人干扰、车流中只有 小汽车，且前后车保持一定车头间距匀速连续行驶，个有效绿灯小时内交叉 口所能通行的最大车辆数。由该定义的苛刻条件可知，这种理论通行能力并不 能描述实际平交路口的交通状况。在实际交通生活中，平交路口的交通流是断 续交通流，一个绿灯小时往往要小于一个物理小时。因此，理论与现实的差距 是 r 大的。但是，理论通行能力折减法充分地考虑了各种干扰因素对通行能力 的影u 向，是这种方法对现实描述的一个合理方面。 本文采用停车线法中的通过停车线的车辆才能形成通行辆来修正理论通 行能力折减法对饱和交通量的定义，并且结合理论通行能力折减法中各种干扰 因系列理论通行能力产生折减作用的思想，充分利用两种方法中的合理因素， 力求能够重新描述平交路口交通状况的现实。 五、平交路口交通随机服务机构排队问题的基本研究 排队是我们在日常生活中经常遇到的现象。如我们去食堂就餐常需排队， 病人去医院看病常需排队。在交通运输工程中，排队现象也是相当普遍的。如 车辆通过信号交叉口时常需排队。 排队论，也称随机服务系统理论，是研究上述排队现象的一门科学，是 本世纪初丹麦科学家e r l a n g 在研究电西通话的拥挤问题时提出的理论。排队 论首先应用于电话行业，但目前，己被广泛应用于交通、运输等公用事业系统 及其他领域。 ( 一) 排队问题的基本内容 交叉口是城市交通大系统中的子系统。由于交叉口是为交通参与者服务 的，故交叉口可称为“服务机构”，连同交叉1 3 的引道与设施，以及服务 规! j ! | j ，构成一个系统，即“服务系统”。而进入交叉1 3 接受服务的车辆为“服 ! ! ! 茎望查兰堕主堂垡笙茎 堑蕉! 奎堕里! 翌塑塑兰塑! 望鱼兰堕塑三王塑! ! ! l 务对象”。因此，交叉口排队问题要经过排队、接受服务和离开三步程序。 排队问题的构成一般由下面五个要素所决定。 ( 1 ) 客源，即请求服务的人或物，在排队论中，统称它们为“顾客”。 在交叉口中，客源就是前来排队的那些车辆。车辆由客源到达服务系统的过程， 称作输入过程。这一过程可用两种分布来表示：是顾客流的概率分布，二是 顾客到达的时间间隔分布。在官园平交路口分析中，我把客源，即来车流看作 是在一个时段( s o 分钟) 内的有着平均到达率的均衡车流。这样即有利于测 量计算时段内的交通性质指标，又符合官园平交路口的实际情况。 ( 2 ) 队列。当顾客到达服务系统后，一般情况下，并不能立即得到服务， 因此就要排队等待而形成队列。这队列中的顾客数量，称作排队长度。在官园 平交路口分析中排队长度一般指的是有记录数据的时段中的平均排队长度，因 为每一红绿周期中的排队长度是在不断变化的，丽这样的排队长度并不代表整 个交叉口的捌：队长度水平，所以这里要关注的就是每一时段中的平均排队长 度。 ( 3 ) 顾客到达服务系统的时刻是随机的。如汽车到达交叉口，顾客到达 商店等都是随机的。每位顾客需要的服务时间也是随机的，有的服务时间长， 有的眼务时间短因而整个服务系统的状态也是随机的。服务系统的随机性造 成某个阶段顾客排队长，而某些对侯，服务台又空闲无事。 ( 4 ) 规则。从排队队列中挑选顾客、给予服务的顺序规定，称之为服务 规则。主要有三种制式： 损失制：顾客来到，见所有服务台( 道) 都被占用，就自动离开，使服 务系统损失了离去的顾客。例如，打电话遇到占线，用户搁置而去；汽车去停 车场停放，当发现停车场放满时，就立即离去，另找停车场。 等待制：顾客到达时，若所有服务台( 道) 已被占用，后到的顾客只好 参h n ；h i 。队，等侯服务，直等到有空的服务台来为它服务为止。例如，汽车在 通过灯控交叉口时，如果遇到红灯，汽车只好在停车线后排队等候，等到绿灯 ：1 2 竺塑查兰堡! 主堂笪堡苎 堑垄! 奎堕里! 翌塑塑圭塑土塑丝塑翌垦塑亘! 垫! ! ! l 州通过。这里最常见的规则是，先到先服务和有优先权的服务。 混合制：在现实生活中，很多服务系统介于损失制和等待制之间，当顾 客到达时，若服务台都不空，它就排队；但如果顾客到达时服务台都不空，且 排队位置已满，顾客就立即离去，永不再来，这是排队长度有限制的服务系统。 例如，去理发店理发，当等待理发的位置都坐满时，后来的顾客只得离去。 在混合制中，还有另外一种形式。当顾客到达时，服务台不空，它就排 队，等例里务。当顾客等了一段时间后，仍轮不到为他服务，顾客就离开队列， 另求服务，这称为排队时间有限制的服务系统。例如，药品、电子元件等过期 失效均属此类系统。 官园平交路口的交通现实符合等待规则。 ( 5 ) 服务机构 服务机构是由一个或多个服务设施组成的体系。服务设施可统称为服务 台。如果服务系统中只有一个服务台，则称为单通道服务系统，若在系统中配 合多个服务员，则称之为多通道服务系统。在官园平交路口分析中服务机构就 是由各方向道路指示灯实施控制的平面十字形交叉口。 ( 二) 排队服务系统的组成 虽然各种排队服务系统的情况各异，但它们都具有下列共同的组成部分 1 、输入过程 系统的输入过程是指顾客的到达过程。由于到达的规律不同，所以有各 利t 不同的输入过程。一般可用两个方面来描述站人过程： 顾客相继到达的时间间隔是确定型的还是随机型的。如在火车站，列 车是按列车时刻表上规定的时刻进站的，所以说列车到站的时刻是确定型的。 又如，在城市道路信号交叉口，汽车到达交叉口的时刻是随机的，在各种交通 服务系统中，一般说来，顾客到达部是随机的。 ：! 皇! 型! ：兰堡主堂垡丝奎 ! ! 堡奎堕旦! 翌塑塑兰塑土望鱼兰堕塑至王垫! ! ! l 顾客的总体( 即顾客源) 的组成是无限的还是有限的。例如，在道路 交叉口，到达车辆的总体可以看成是无限的，而工厂内停机待修的机器显拉是 有限的。 2 、排队规则 在损失制系统中，没有顾客排队，所以不存在排队问题，这里的排队规 则是相对于等待制和混合制系统而言的。排队规则有以下几种： 先到先服务( f c f s ) ，即按顾客到达的先后次序给予服务，这是最普 通的情况。 先到先服务( l c f s ) ，如在情报系统中，最后到达的情报往往是最有价 值的，应优先采用。又如堆在仓库中的钔板，使用时先用堆在上面的( 即后推 上去的) 钢板。 优先服务( p r ) ，分轻重缓急给予服务。如加急电报要先于普通电投拍 发，重病号应先于轻病号治疗等。 随机服务( r s s ) ，当一个顾客被服务完了后，服务员从排队的顾客中 证取一个，给予服务。 3 、服务机构 服务机构包括为每个顾客服务所需时间的概率分布，服务台的数目以及 服务台的排列方式( 串联、并联等) 。 顾客的服务时间一般具有两种形式 确定量，一种是每个顾客的服务时间是一 一种是每个顾客的服务时间是一个 个随机变量，它服从某一概率分布。 对于服务台的排列方式，分单通道与多通道两种 单通道服务系统 如果整个服务机构中只有一个服务通道，就称该系统为单通道服务系统。 韭立茎些查兰竺! 主兰垫丝苎 ! ! 垄! 銮堕里! 垩塑塑兰塑! 堡鱼圭堕塑三三! 塑窒 单通道服务系统又可分为单通道单服务f r 系统和单通道多服务台( 串联) 系统 ( 如装配流水线) 。 多通道服务系统 若服务通道不只一个，且每个通道都可以单独地对顾客进行服务，这样 的服务结构为多通道服务系统。根据服务规则和顾客的排队情观，又可将多通 造服务系统分为可通的多通道系统与不可通的多通道系统两种。前一种情况 中，顾客可以在任何一个空着的服务通道中得到服务，而在后一种情况中，顾 客必须在固定的一个通道中等待服务。 ( 三) 排队模型的表示方法 如前所述，一个确定的输入过程和服务时间分布形式再配上确定的服务 台数目和服务规则就构成一个排队模型。输入过程形式、服务时间分布形式、 服务台数目和服务规则的不同组合就有不同的排队模型。为了便于通用和分 类，一般都采用肯道尔( d g k e n d a l l ) 符号来表示排队模型，即约定用下列 符号来描述排队形式： x 心| z 其中，x 处填写相继到达间隔时问的分布：y 处填写服务时间的分布；z 处填写并列的服务台数目( 通道数) 。 表示相继到达间隔时间和服务时间的各种分布的符号为 m 负指数分布( n e g a t i v ee x p o n e m i a l ) e k k 阶爱尔朗分布( e r l a n g - k ) d 确定型分布( d e t e r m i n i s t i co f f i x e d ) g i 到达时间间隔的般分布( g e n e r a ld i s t r i b u t i o no f i n t e r v a lt i m e s ) o 一服务时f 司的般分布( g e n e r a l d i s t r i b u t i o no fs e r v i c et i m e s ) 。 ：! 互奎塑查兰堡圭兰笪堡茎 ! ! 丝! 笙堕旦! 翌塑塑兰塑三翌堕! 翌堕里! 型苎! ! 生 例如，m m i 表示到达间隔时间为负指数分布，服务时间为负指数分布， 单迎道的排队模型。d y m c 表示确定的到达间隔，服务时间为负指数分布，c 个服务台并联( c 个服务通道) 的排队桢驰，在道路与交通工程中，通常遇到 的是m m c 和m m i 两类模型。 肌，d e l l 符号对于排队的容量受限制和容量无限的情况无法加以区分，并 且没有考虑排队规则。为了能在排队问题i l j 7 , - 7 号中包括这些附加条件， 1 9 7 1 年国际排队符号标准会议，扩充了肯道尔宁。号。其型式为： 到达过程服务过程服务台数目在系统中的顾客最大容量在顾客源中的 顾客数排队规则。 1 1 ，| j 如，m m 1 k c o f c f s 表示到达为负指数分布，服务时间为负指数分 郁，j j i 务台数目为l ，系统容量为k ，顺铎总体无限，排队规则为先到先服务 的服务系统。 如果排队模型的符号为：x y ，z ，o 。，+ f c f s ，那么后两项或后三项可以 省略，只要写) ( y z ，。或x y ，z 就可以j ，换句话说，除非另有说明，一般 都取简化形式x y z 。简化式表示系统7 i 时、顾客源都为无限、先到先服务的 排队系统。 ( 四) 服务系统的运行指标 一个服务系统包括顾客和服务机构两个方面，对顾客来说，他们当然不 希望排队，而是希望随时都能很方便地得到服务。要满足顾客的要求，必须多 配备服务台，这样势必会使服务机构过大，服